Effets sur la santéEffets sur la santédes champs des champs

électromagnétiques basse électromagnétiques basse fréquencefréquence

Jean-louis Lilien (Ulg)Jean-louis Lilien (Ulg) (with informations obtained from L. Verschaeve(VITO), M. De Ridder (RUG), G. Decat(Vito))(with informations obtained from L. Verschaeve(VITO), M. De Ridder (RUG), G. Decat(Vito))

unitésunités

Volt : voltage unity (V)Volt : voltage unity (V) Ampere : current intensity unity (A)Ampere : current intensity unity (A) Tesla, Gauss : magnetic flux density Tesla, Gauss : magnetic flux density

(1(1T=10 mG)T=10 mG) Rms (root mean square) : used in Rms (root mean square) : used in

alternative values. For sinusoïdal alternative values. For sinusoïdal shape, rms value equal peak value shape, rms value equal peak value divided by 1.41divided by 1.41

for micro (x 1/1.000.000), ex : for micro (x 1/1.000.000), ex : TT m for milli (x 1/1000) , ex : mV, mAm for milli (x 1/1000) , ex : mV, mA k for kilo (x 1000), ex : kVk for kilo (x 1000), ex : kV M for Mega (x 1.000.000), ex : MHzM for Mega (x 1.000.000), ex : MHz G for Giga (x 1.000.000.000), ex : G for Giga (x 1.000.000.000), ex :

GHzGHz

Electromagnetic fieldsElectromagnetic fields

What is a field ?What is a field ? Electric field E (Volt/mètre)Electric field E (Volt/mètre) Magnetic field strength H Magnetic field strength H

(Ampère/mètre)(Ampère/mètre) Magnetic field flux density B (Teslas)Magnetic field flux density B (Teslas) B shortly named « magnetic field » B shortly named « magnetic field »

and expressed in microteslas (and expressed in microteslas (T)T)

Notion de champs E et BNotion de champs E et B

Champs électromagnétiquesNON ionisants

Extremely low frequency Extremely low frequency fields (ELF) =fields (ELF) =

NON ionising radiationNON ionising radiation

Non ionising = energy level such Non ionising = energy level such that it is impossible to ionize that it is impossible to ionize molecules (in particular living molecules (in particular living material).material).

Typical non-ionizing radiation :Typical non-ionizing radiation : Power electricity Power electricity

Radio waves, infra-red, visibleRadio waves, infra-red, visible

Natural fieldsNatural fields

Light : with a Light : with a splendid sensor of splendid sensor of electromagnetic field : the eyeselectromagnetic field : the eyes, ,

Earth magnetic field (30 à 60 Earth magnetic field (30 à 60 T, T, directdirect), lightning (10 ), lightning (10 T à 1 km, T à 1 km, fast fast transienttransient) )

Earth electric field 100 V/m (10 Earth electric field 100 V/m (10 kV/m during thunderstorm, kV/m during thunderstorm, directdirect))

Natural fieldsNatural fields

Human beingHuman being : endogenous fields : endogenous fields (electro-cardiogram, encephalogram)(electro-cardiogram, encephalogram)

gamma wave(30 à 100 Hz)gamma wave(30 à 100 Hz) Waves: alpha, beta, theta, delta (3 à 45 Waves: alpha, beta, theta, delta (3 à 45

Hz)Hz) Endogenous electric field : 0.1 V/mEndogenous electric field : 0.1 V/m

No way to disturb human being below 1 No way to disturb human being below 1 mV/m (1% of endogenous field)mV/m (1% of endogenous field)

Artificial fieldsArtificial fields deliberatedeliberate : radio emission, TV, : radio emission, TV,

GSM (MHz, GHz)GSM (MHz, GHz) Non-deliberateNon-deliberate : overhead power : overhead power

lines(50 Hz) , railways catenaries, lines(50 Hz) , railways catenaries, household apparatuses,… household apparatuses,…

Example : magnetic field of 10 Example : magnetic field of 10 T T under a 400 kV and electric field of under a 400 kV and electric field of 5 kV/m at ground level, (50 Hz) 5 kV/m at ground level, (50 Hz)

For these two last cases : For these two last cases : unknown human sensors, if any. unknown human sensors, if any.

Un exemple de mesure en Un exemple de mesure en continucontinu

- trajet en tramway : 13.4 µT - machine à café : 0.06 µT - portique anti-vol dans un centre

commercial : 18.6 µT - moyenne au domicile : 0.01 à

0.1 µT + bruit de fond

Extreme low frequency Extreme low frequency (ELF) fields (ELF) fields

CEM de très faibles CEM de très faibles fréquencesfréquences (<300 kHz)(<300 kHz) Wertheimer & Leeper (1979) Wertheimer & Leeper (1979) risque de risque de

leucémie chez l’enfantleucémie chez l’enfant

Énormément de recherches dans Énormément de recherches dans tout les domaines (tout les domaines (in vitroin vitro, , in vivoin vivo, , épidémiologie, etc.)épidémiologie, etc.)

ELF champs électriques, ELF champs ELF champs électriques, ELF champs magnétiques et champs statiquesmagnétiques et champs statiques

ELF: CEM de très faibles fréquences

Très faibles énergiesPas d’effets thermiquesChamp magnétique induit des courants électriques dans lecorps

dosimetrie:

(µ)T plutôt que V/m

Typical E-field under power Typical E-field under power lineslines

(400 kV) (400 kV)

Typical magnetic flux Typical magnetic flux density under HV power density under HV power lines (400 kV, 2000 A)lines (400 kV, 2000 A)

B field in Belgium near B field in Belgium near lineslinesMagnetic fields in the 70 kV network

0

1

2

3

4

5

6

7

8

-30 -20 -10 0 10 20 30

Distance to the axis of the line (m)

µT

yearly mean 95% rated (0.9 kA)

Magnetic fields in the 150 kV network

0

2

4

6

8

10

12

-50 -25 0 25 50

Distance to the axis of the line (m)

µT

yearly mean 95% rated (1.1 kA)Magnetic fields in the 380 kV network

0

5

10

15

20

25

30

35

40

-80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80

Distance to the axis of the line (m)

µT

yearly mean 95%

rated (2.2 kA) max (calculated)

Allure du champ d’induction magnétique B en Allure du champ d’induction magnétique B en microteslas (cas Tihange-Avernas, 150 kV, microteslas (cas Tihange-Avernas, 150 kV,

1300 A, deux ternes, SOUTERRAIN)1300 A, deux ternes, SOUTERRAIN)

exemples d'exposition aux exemples d'exposition aux ELFELF champ électrique (tension > 150 kV)

• sous le conducteur 1000 - 6000V/m

• à 30 m de l'axe 100 - 2000V/m

• à 100 m de l'axe 10 - 200V/m

champ magnétique Tension 0 m 30 m 100m 400 kV 30 µT 12 µT 1 µT 225 kV 20 µT 3 µT 0,3 µT 90 kV 10 µT 1 µT 0,1 µT

télévision à 1 m 0,1 µTperceuse à 30 cm 3 µTmicroordinateur 0,5 µTcouverture élec. 3,5 µT

Allure du champ d’induction Allure du champ d’induction magnétique B en microteslas magnétique B en microteslas

(résidentiel)(résidentiel)Residential Magnetic field

0,001 0,01 0,1 1 10

Magnetic f ield (µT)

Rel

ativ

e nu

mbe

r of

R

esid

ence

s

ELF (< 300 kHz)ELF (< 300 kHz)

Peut-on s’attendre à Peut-on s’attendre à des effets des effets biologiques?biologiques?

(< 300V/m et <50µT)(< 300V/m et <50µT)

Effets biologiques (et nuisibles) donc pas impossibles,Cependant les mécanismes proposés sont peu plausiblesà faibles “doses”

HYPOTHESES:Most cited are:the induction of electrical currents within tissuesfree radical reactionsthe effect of transientsThe creation of a resonance condition on the cell’s surface The presence of small magnetic particles (magnetite) in animal (including) human tissues resulting in direct magnetic field effects

ELF: effets biologiques?ELF: effets biologiques?

Oui, en situations extrêmes: Oui, en situations extrêmes: stimulation directe du tissu nerveux stimulation directe du tissu nerveux ou musculaire qui est possible à ou musculaire qui est possible à partir d’un certain seuil. partir d’un certain seuil.

Une exposition faible (normale) peut Une exposition faible (normale) peut influencer les tissues biologiques influencer les tissues biologiques dans certains cas précis (conditions dans certains cas précis (conditions expérimentales). Généralement il n’y expérimentales). Généralement il n’y a pas d’effets nuisible reconnus. a pas d’effets nuisible reconnus.

Effets in vitro?Effets in vitro?

Surtout champs magnétiques et Surtout champs magnétiques et expositionsexpositions

élevées.élevées.

-Résultats non concluants-Résultats non concluants

-Peut être le type cellulaire et le -Peut être le type cellulaire et le modemode

d’exposition peuvent-ils être d’exposition peuvent-ils être importants? importants?

Études in vivo?Études in vivo?

Études à court et long Études à court et long termeterme Initiation, Initiation,

promotion, cancerpromotion, cancer

Les études ne semblent pas démontrer que les ELFs sont cancérigènes (ni initiateur, ni promoteur)

Études in vivo?Études in vivo?

Reproduction et développement, immunologie, Reproduction et développement, immunologie, hématologie, neuroendocrinologie, génétique hématologie, neuroendocrinologie, génétique et autres effetset autres effets

La conclusion générale est que les CEM (ELF) La conclusion générale est que les CEM (ELF) n’ont pas d’effets biologiques décelables dans n’ont pas d’effets biologiques décelables dans ces domainesces domaines

Etudes chez l’homme?Etudes chez l’homme? Etudes en laboratoire sur volontairesEtudes en laboratoire sur volontaires

mélatoninemélatonine

Rythme cardiaque Rythme cardiaque

Electrophysiologie et études du Electrophysiologie et études du sommeilsommeil

Effets sur le système immunitaire Effets sur le système immunitaire et les et les hormones & hormones & hypersensibilitéhypersensibilitéRésultats négatifs, controversés, non concluants

0

10

20

30

40

50

60

10 12 14 16 18 20 22 00 02 04 06 08

70

d'après Selmaoui 1996

mélatonine (pg/ml)

taux de mélatonine nocturne chez taux de mélatonine nocturne chez l'hommel'hommeexposition à un cexposition à un champ de 50 Hz ; 10 µThamp de 50 Hz ; 10 µT

heure

champ témoin

Etudes chez l’homme?Etudes chez l’homme?

Etudes épidémiologiquesEtudes épidémiologiques

Beperkingen van epi-studies: hoogspanningslijnen en kankerEtudes épidémiologiques:

-résultats controversés - résultats positifs controversés -nombre d’individus limité – (statistiques!)-mesures des champs? Quand? Où? Pendant combien de temps?-controverse entre valeurs mesurées et le ‘wire –code’ -influence d’autres facteurs -mécanisme d’action inconnu

cancérogenèscancérogenèse e

agents génotoxiques

erreurs de replication de l'ADN

c. normales c. pré-cancéreuses

agents génotoxiqueserreurs de replication de l'ADN

agents épigénétiques

c. cancéreuse

temps...

agents épigénétiques

cancer

Two models for ALLTwo models for ALL

Step 1 InitiationStep 1 Initiation PrenatallyPrenatally, during fetal development a , during fetal development a

chromosome translocation resulting in a fusion chromosome translocation resulting in a fusion gene TEL + AML 1gene TEL + AML 1

A clinically silent and covert preleukaemic cloneA clinically silent and covert preleukaemic clone

Step 2 PromotionStep 2 Promotion In 1 in 100 : a conversion of the preleukaemic In 1 in 100 : a conversion of the preleukaemic

clone to a full blown leukemiaclone to a full blown leukemia 2 months – 14 years2 months – 14 years: an additional postnatal : an additional postnatal

eventevent

Causes of ALLCauses of ALL As ALL is not a single biological entity or disease As ALL is not a single biological entity or disease

(wide variety of subtypes: precursors B-cell and T-(wide variety of subtypes: precursors B-cell and T-cell) it seems highly improbable that its cell) it seems highly improbable that its aetiology will be attributable to a single causal aetiology will be attributable to a single causal mechanism.mechanism.

The major causes of childhood cancer are unknown.The major causes of childhood cancer are unknown.5 – 15 % : familial and genetic factors5 – 15 % : familial and genetic factors5 – 10 % : known exogenous factors5 – 10 % : known exogenous factors

A A risk factorrisk factor is a specific agent statistically is a specific agent statistically associated with a disease.associated with a disease.The weight of evidence can be:The weight of evidence can be: establishedestablished suggestivesuggestive limitedlimited

Suggestive risk factors associated Suggestive risk factors associated with ALL:with ALL: Maternal fetal lossMaternal fetal loss Mother older than 35 years at pregnancy, father older Mother older than 35 years at pregnancy, father older

then 40 yearsthen 40 years Birth weight > 4000 gram (RR = 1.26) (high rate of Birth weight > 4000 gram (RR = 1.26) (high rate of

cell proliferation)cell proliferation) First bornFirst born

Limited evidence:Limited evidence: Paternal cigarette smoking before conception and Paternal cigarette smoking before conception and

maternal marijuana use before and during pregnancymaternal marijuana use before and during pregnancy Paternal occupational exposure to hydrocarbons, Paternal occupational exposure to hydrocarbons,

pesticidespesticides Motor vehicle exhaust gases, pesticidesMotor vehicle exhaust gases, pesticides Postnatal chloramphenicol usePostnatal chloramphenicol use Decreased risk with breastfeeding (RR = 0.76)Decreased risk with breastfeeding (RR = 0.76) 50 Hz magnetic fields > 0,4 µT (RR = 2)50 Hz magnetic fields > 0,4 µT (RR = 2)

Kroll et al 2006Kroll et al 2006ALL and influenza ALL and influenza epidemics (UK)epidemics (UK)

ODDS ratioODDS ratio L' odds ratio (OR) ou " rapport des cotes " est L' odds ratio (OR) ou " rapport des cotes " est

une autre mesure de la force de l'association une autre mesure de la force de l'association entre une exposition et la survenue d'un entre une exposition et la survenue d'un événement. événement.

Soit Pt la probabilité d'avoir l'événement dans Soit Pt la probabilité d'avoir l'événement dans le groupe traité et Pc la probabilité d'avoir le groupe traité et Pc la probabilité d'avoir l'événement dans le groupe non exposé.   l'événement dans le groupe non exposé.   L'odds ratio vaut: OR= [Pt x (1-Pc)]÷ [Pc x (1-L'odds ratio vaut: OR= [Pt x (1-Pc)]÷ [Pc x (1-Pt)]. Pt)]. 

L'odds-ratio est une approximation acceptable L'odds-ratio est une approximation acceptable du risque relatif lorsque la probabilité de du risque relatif lorsque la probabilité de survenue de l'événement est faible (Pt<10%). survenue de l'événement est faible (Pt<10%). (le cas des ELF)(le cas des ELF)

méta-analyse leucémies de l ’enfantAhlbom 2000 Br J Cancer – ODDS ratio

< 0,2 T 0,2 - < 0,4 T ≥ 0,4 T

Mesures 1,05 1,14 1,835 études [0,86 - 1,28] [0,85 - 1,53] [1,08 - 3,11]

Calcul 1,58 0,79 2,134 études [0,77 - 3,25] [0,27 - 2,28] [0,93 - 4,88]

Total 1,08 1,10 2,009 études [0,89 - 1,31] [0,83 - 1,47] [1,28 - 3,14]

Exposed children in Belgium Exposed children in Belgium (Decat)(Decat)

> 0.2 µT : 5.7 %> 0.2 µT : 5.7 %> 0.3 µT : 2.7 %> 0.3 µT : 2.7 % RR = 1.7 GreenlandRR = 1.7 Greenland> 0.4 µT : 1.3 %> 0.4 µT : 1.3 % RR = 2.0 AhlbomRR = 2.0 Ahlbom

If epidemiologic observation would be correct, that If epidemiologic observation would be correct, that would mean an increase of about 1.5 case of ALL would mean an increase of about 1.5 case of ALL leukaemia in Belgium per year.leukaemia in Belgium per year.

Typical incidence being about 4 to 5 case/100.000 or Typical incidence being about 4 to 5 case/100.000 or 500 cases per year 500 cases per year two of them being potentially two of them being potentially induced by ELFinduced by ELF

Modelling EMF in living Modelling EMF in living environmentenvironment

Measurements of EMF in Measurements of EMF in dynamic environmentdynamic environment

Leucémie chez l’enfant

> 0.4 µT IARC

Pas d’autres effetscancer chez l’adulteautres effets chez l’adulteautres effets chez l’enfantpas d’effets des champs

statiques(sauf très hautes intensités)

exposition > 0,4 µT

- en Angleterre 0,4 % population

- dans 20 % des cas en raison de lignes HT

IARC classification into 4 groups:

Group 1: The agent (mixture) is carcinogenic to humans. The exposure circumstance entails exposures that are carcinogenic to humans.

Group 2 (two classifications):

Group 2A: The agent (mixture) is probably carcinogenic to humans. The exposure circumstance entails exposures that are probably carcinogenic to humans.

Group 2B: The agent (mixture) is possibly carcinogenic to humans. The exposure circumstance entails exposures that are possibly carcinogenic to humans.

Group 3: The agent (mixture, or exposure circumstance) is unclassifiable as to carcinogenicity in humans.

Group 4: The agent (mixture, exposure circumstance) is probably not carcinogenic to humans.

Agents classified by IARC Agents classified by IARC (834)(834)

IARC classificationIARC classification

Carcinogenic to humans (75)Carcinogenic to humans (75)(usually based on strong evidence (usually based on strong evidence

of carcinogenicity in humans)of carcinogenicity in humans)

Probable carcinogenic to humans Probable carcinogenic to humans (59)(59)

(usually based on strong evidence (usually based on strong evidence of carcinogenicity in animals)of carcinogenicity in animals)

Possible carcinogenic to humans Possible carcinogenic to humans (225)(225)

(usually based on evidence in (usually based on evidence in humans which is considered humans which is considered credible but for which other credible but for which other explanations could not be ruled explanations could not be ruled out)out)

Examples of agentsExamples of agents

AsbestosAsbestosAlcoholic beveragesAlcoholic beverages

BenzeneBenzeneMustard gasMustard gas

Solar radiationSolar radiationTobaccoTobacco

X-rays, gamma rays, …X-rays, gamma rays, …

CreosotesCreosotesDiesel engine exhaustDiesel engine exhaust

FormaldehydeFormaldehydePCBPCB

CoffeeCoffee

ELF magnetic fieldsELF magnetic fieldsGazoline exhaustGazoline exhaust

Glass woolGlass woolPickled vegetablesPickled vegetables

styrenestyrene

Childhood leukemia Childhood leukemia in Flanders 1997 - 2001in Flanders 1997 - 2001

38 cases/ year (mean over 5 years)38 cases/ year (mean over 5 years)75 % : ALL (Europe : 75 – 80 %)75 % : ALL (Europe : 75 – 80 %)Age-standardised incidence rate: Age-standardised incidence rate:

29,8/1.000.000 children < 15 years29,8/1.000.000 children < 15 years(Europe: 27,9 – 46,5)(Europe: 27,9 – 46,5)

Cumulative risk to develop leukemia Cumulative risk to develop leukemia before the age of 15 is about 0.05 % before the age of 15 is about 0.05 % (1/2.000)(1/2.000)

5 year-survival:5 year-survival:84,8 % boys84,8 % boys88,1 % girls88,1 % girls

IncidenceIncidence High rates in North-West Europe, North High rates in North-West Europe, North

America and OceaniaAmerica and Oceania Lower rates in Asia and AfricaLower rates in Asia and Africa Sharp incidence peak of ALL during Sharp incidence peak of ALL during

childhood has only been observed in the UK childhood has only been observed in the UK and USA since the 1930’sand USA since the 1930’s

The age peak is absent in many developing The age peak is absent in many developing or underdeveloped countries, suggesting a or underdeveloped countries, suggesting a leukemogenic contribution from factors leukemogenic contribution from factors associated with industrialisationassociated with industrialisation

Yearly increase of incidence (0.7 – 1.4 %); Yearly increase of incidence (0.7 – 1.4 %); now plateau of incidence curve is now plateau of incidence curve is

reachedreached

Health policy must be science Health policy must be science basedbased

A single study can form the A single study can form the basis of an hypothesis, but basis of an hypothesis, but does not provide the basis for does not provide the basis for hazard identification. hazard identification.

Confirmation of the results of Confirmation of the results of any study are needed through any study are needed through replication and/or supportive replication and/or supportive studies.studies.

The resulting body of The resulting body of evidence forms the basis for evidence forms the basis for science-based judgments by science-based judgments by defining exposure levels for defining exposure levels for

adverse health effects and adverse health effects and no observable adverse no observable adverse

effects.effects.

CONCLUSIONSCONCLUSIONS Manque de résultats clairs et sans Manque de résultats clairs et sans

équivoqueséquivoques Généralement les données sont insuffisantes Généralement les données sont insuffisantes

pour conclure que les CEM-ELF sont pour conclure que les CEM-ELF sont nuisibles. Des effets biologiques ont nuisibles. Des effets biologiques ont néanmoins été observés. néanmoins été observés.

Il existe un lien entre une exposition aux Il existe un lien entre une exposition aux CEM-ELF et la leucémie chez l’enfant (>0.3-CEM-ELF et la leucémie chez l’enfant (>0.3-0.4µT)0.4µT)

Les études épidémiologiques ne peuvent Les études épidémiologiques ne peuvent s’expliquer par les résultats d’expériences s’expliquer par les résultats d’expériences en laboratoire. en laboratoire.

Etudes de répétition nécessaires.Etudes de répétition nécessaires.

http://www.mcw.edu/gcrc/cop/cell-phone-health-FAQ/toc.html

http://www.icnirp.de/

http://health.fgov.be/CSH_HGR/

http://www.iegmp.org.uk/IEGMPtext.htm

http://www.rsc.ca/english/Rfreport.pdf

http://www.sante.gouv.fr/htm/dossiers/telephon_mobil/index.htm

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http://www.bbemg.ulg.ac.be/

http://www.greenfacts.org/power-lines/index.htm

http://www.nrpb.org/index.htm